(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部量子井戸と、
前記上部量子井戸からバリア層で分離されている下部量子井戸と、
前記上部量子井戸に隣接させて設けられたゲート電極と、
前記上部量子井戸に連結されている上部量子井戸コンタクトと、
前記下部量子井戸に連結されている下部量子井戸コンタクトと
を備え、
前記下部量子井戸コンタクトは、前記上部量子井戸を通過するよう延び、
前記下部量子井戸コンタクトは、誘電材料により前記上部量子井戸から電気的に絶縁されているマイクロエレクトロニクスデバイス。
【請求項２】
前記上部量子井戸および前記下部量子井戸の少なくとも一方は、インジウムガリウムヒ素を含む、請求項１に記載のマイクロエレクトロニクスデバイス。
【請求項３】
前記バリア層は、インジウムアルミニウムヒ素を含む、請求項１または２に記載のマイクロエレクトロニクスデバイス。
【請求項４】
前記上部量子井戸および前記下部量子井戸の少なくとも一方は、ｎ型ドープされている、請求項１から３のいずれか一項に記載のマイクロエレクトロニクスデバイス。
【請求項５】
前記上部量子井戸および前記下部量子井戸の少なくとも一方は、ｐ型ドープされている、請求項１から４のいずれか一項に記載のマイクロエレクトロニクスデバイス。
【請求項６】
前記ゲート電極は、前記上部量子井戸の電流密度を変調する、請求項１から５のいずれか一項に記載のマイクロエレクトロニクスデバイス。
【請求項７】
前記誘電材料は、前記下部量子井戸コンタクトと前記上部量子井戸との間に設けられ、前記下部量子井戸コンタクトと前記バリア層との間には設けられない、請求項１から６のいずれか一項に記載のマイクロエレクトロニクスデバイス。
【請求項８】
マイクロエレクトロニクスデバイスの製造方法であって、
下部量子井戸を形成する段階と、
前記下部量子井戸に隣接させてバリア層を形成する段階と、
前記バリア層に隣接させて上部量子井戸を形成する段階と、
前記上部量子井戸に隣接させてゲート電極を形成する段階と、
前記上部量子井戸に連結されている上部量子井戸コンタクトを形成して、前記下部量子井戸に連結されている下部量子井戸コンタクトを形成する段階と
を備え、
前記下部量子井戸コンタクトを形成する段階は、
前記上部量子井戸を通過する開口を形成する段階と、
前記開口の側壁に誘電材料を堆積させる段階と、
前記バリア層内を通過するよう延びる前記開口を形成して、前記下部量子井戸の一部を露呈させる段階と、
前記開口に導電材料を堆積させる段階と
を有する、製造方法。
【請求項９】
前記下部量子井戸を形成する段階は、
インジウムガリウムヒ素の下部量子井戸を形成する段階を有する、請求項８に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記上部量子井戸を形成する段階は、
インジウムガリウムヒ素の上部量子井戸を形成する段階を有する、請求項８または９に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記バリア層を形成する段階は、
インジウムアルミニウムヒ素のバリア層を形成する段階を有する、請求項８から１０のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記上部量子井戸および前記下部量子井戸の少なくとも一方をドープする段階をさらに備える、請求項８から１１のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記上部量子井戸および前記ゲート電極の間に上部バリア層を形成する段階をさらに備える、請求項８から１２のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１４】
マイクロエレクトロニクス基板を提供する段階と、
前記マイクロエレクトロニクス基板の上にバッファ層を形成する段階と、
前記バッファ層の上に底部バリア層を形成する段階と
をさらに備え、
前記下部量子井戸を形成する段階は、
前記下部量子井戸を前記底部バリア層の上に形成する段階を有する、請求項８から１３のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１５】
前記上部量子井戸を通過する開口を形成する段階において、前記開口は前記バリア層の上で終端し、
前記開口の側壁に誘電材料を堆積させる段階において、前記誘電材料は、前記下部量子井戸コンタクトと前記上部量子井戸との間に設けられ、前記下部量子井戸コンタクトと前記バリア層との間には設けられない、請求項８から１４のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１６】
集積回路デバイスと、
メインメモリと
を備え、
前記集積回路デバイスおよび前記メインメモリの少なくとも一方は、
上部量子井戸と、
前記上部量子井戸からバリア層で分離されている下部量子井戸と、
前記上部量子井戸に隣接させて設けられたゲート電極と、
前記上部量子井戸に連結されている上部量子井戸コンタクトと、
前記下部量子井戸に連結されている下部量子井戸コンタクトと
を備え、
前記下部量子井戸コンタクトは、前記上部量子井戸を通過するよう延び、
前記下部量子井戸コンタクトは、誘電材料により前記上部量子井戸から電気的に絶縁されているマイクロエレクトロニクスデバイスを含む、システム。
【請求項１７】
前記上部量子井戸および前記下部量子井戸の少なくとも一方は、インジウムガリウムヒ素を含む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記バリア層は、インジウムアルミニウムヒ素を含む、請求項１６または１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記誘電材料は、前記下部量子井戸コンタクトと前記上部量子井戸との間に設けられ、前記下部量子井戸コンタクトと前記バリア層との間には設けられない、請求項１６から１８のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本開示は、概して、負性微分抵抗素子を内部に形成することができるマイクロエレクトロニクスデバイスの製造に関する。
【０００２】
本開示の主題は、明細書の最終部分に明示する。本開示の前述した特徴その他の特徴は、以下の記載および添付請求項を、添付図面とともに読むことで明らかになる。添付図面は、本開示の幾つかの実施形態のみを示しているので、その範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。本開示は、本開示がよりよく理解されるよう、添付図面を用いてさらに具体的かつ詳細に記載される。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】本記載の実施形態における、垂直トンネリングの負性微分抵抗素子を形成する方法の側部断面概略図である。
【図２】本記載の実施形態における、垂直トンネリングの負性微分抵抗素子を形成する方法の側部断面概略図である。
【図３】本記載の実施形態における、垂直トンネリングの負性微分抵抗素子を形成する方法の側部断面概略図である。
【図４】本記載の実施形態における、垂直トンネリングの負性微分抵抗素子を形成する方法の側部断面概略図である。
【図５】本記載の実施形態における、垂直トンネリングの負性微分抵抗素子を形成する方法の側部断面概略図である。
【図６】本記載の実施形態における、垂直トンネリングの負性微分抵抗素子を形成する方法の側部断面概略図である。
【図７】本記載の実施形態における、垂直トンネリングの負性微分抵抗素子を形成する方法の側部断面概略図である。
【図８】本記載の実施形態における、垂直トンネリングの負性微分抵抗素子を形成する方法の側部断面概略図である。
【図９】本記載の実施形態における、垂直トンネリングの負性微分抵抗素子を形成する方法の側部断面概略図である。
【図１０】本記載の実施形態における、垂直トンネリングの負性微分抵抗素子を形成する方法の側部断面概略図である。
【図１１】本記載の実施形態における、垂直トンネリングの負性微分抵抗素子を形成する方法の側部断面概略図である。
【図１２】本記載の実施形態における、垂直トンネリングの負性微分抵抗素子を形成する方法の側部断面概略図である。
【図１３】本記載の実施形態における、垂直トンネリングの負性微分抵抗素子を形成する方法の側部断面概略図である。
【図１４】本記載の一実施形態における、垂直トンネリングの負性微分抵抗素子を通る電流の側部断面概略図である。
【図１５】本記載の一実施形態におけるシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
以下の詳細な記載では、請求されている主題を実施することができる特定の実施形態を例示した添付図面を参照する。これら実施形態は、十分詳細に記載することで、当業者が主題を実施することができるよう記載される。様々な異なる実施形態が必ずしも相互排他的ではない点を理解されたい。たとえば、ここで１つの実施形態との関連で記載される具体的な特徴、構造、または特性は、請求される主題の範囲および精神を逸脱しなければ他の実施形態でも実施可能である。本明細書における「一実施形態」「１つの実施形態」といった表現は、その実施形態との関連で記載される特定の特徴、構造、または特性が、本発明に含まれる少なくとも１つの実装例に含まれることを意味している。したがって、「一実施形態」「１つの実施形態」といった表現は、必ずしも同一の実施形態を示してはいない。加えて、各開示実施形態内の個々のエレメントの位置または配置は、請求された主題の精神および範囲から逸脱せずに変更することができる。したがい、以下の詳細な記載は限定的にとらえられるべきではなく、主題の範囲は、適切に解釈された添付請求項とともに、添付請求項に与えられた均等物の全範囲によってのみ定義される。図面では、同様の参照番号が、図面間にわたり同一または同様のエレメントまたは機能を参照しており、ここに記載したエレメントは必ずしも実際の縮尺では描かれておらず、個々のエレメントを拡大または縮小表示することで、本記載の文脈でのエレメントのよりよい理解を促している。
【０００５】
本記載の様々な実施形態では、負性微分抵抗素子が、量子井戸を利用して形成されてよく、これら素子は、マイクロエレクトロニクスデバイスで利用される。負性微分抵抗素子とは、回路に入る電圧の増加により、同じ回路の電流が減少するような一部の電子回路の特性のことであり、この特性は、電子回路の動作範囲の少なくとも一部にみられる。本記載の負性微分抵抗素子の実施形態は、高性能を達成するべく高ピークの駆動電流を達成して、電力損失およびノイズを低減するべく高ピークトゥーバレー電流比率を達成することができることは、当業者も理解しているところである。したがって本記載の実施形態は、論理および／またはメモリ集積回路で利用されてよい。
【０００６】
図１は、本記載の一実施形態における層構造１００の断面概略図である。層構造１００は、マイクロエレクトロニクス基板１０２（適切なシリコン含有材料）を含んでよい。バッファ層１０４は、マイクロエレクトロニクス基板１０２上に形成されてよい。本記載の一実施形態では、バッファ層１０４は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）から形成されてよい。
【０００７】
核層（不図示）が、マイクロエレクトロニクス基板１０２の上に、バッファ層１０４が形成される前に形成されてよく、バッファ層１０４は、複数の層を含んでよい。バッファ層１０４はさらに、転位を滑らせて、マイクロエレクトロニクス基板１０２と、バッファ層１０４の上に形成される底部バリア層との間の格子欠陥を制御するために、グレーデッドされてもよい。
【０００８】
バッファ層１０４の形成後に、底部バッファ層１０６がバッファ層１０４の上に形成されてよい。一実施形態では、底部バッファ層１０６は、底部バリア層１０６に形成される量子井戸の材料よりバンドギャップの大きい材料から形成されてよい。一実施形態では、底部バリア層１０６が、インジウムアルミニウムヒ素（ＩｎｘＡｌ１−ｘＡｓ）を含んでよい。別の実施形態では、底部バリア層１０６をグレーデッドバリア層としてもよい。具体的な一実施形態では、底部バリア層１０６が、インジウムアルミニウムヒ素（ＩｎｘＡｌ１−ｘＡｓ）（０≦ｘ≦０．５２であってよいグレーディングとする）を含んでよい。したがい、底部バリア層１０６とバッファ層１０４との間の界面の組成は、アルミニウムヒ素（ＡｌＡｓ）から始まってよく、Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓの他の境界で終わっていてもよい。別の実施形態では、底部バリア層１０６が、インジウムアルミニウムヒ素（ＩｎｘＡｌ１−ｘＡｓ）（グレーディングは、アルミニウムヒ素（ＡｌＡｓ）からＩｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ等の、インジウムアルミニウムヒ素の組成物に達するまで、線形に増加するよう、形成中にインジウムの供給量を変化させて線形のものとしてよい）。また別の実施形態では、この底部バッファ層１０６の物理的中間点におけるインジウムの濃度が半分より大きいまたは小さくなるようになるよう、インジウムを非線形の増加率で提供してもよく、底部バリア層１０６が、非線形のグレーディングを持つようなインジウムアルミニウムヒ素（ＩｎｘＡｌ１−ｘＡｓ）を含んでもよい。底部バッファ層１０６を形成することで、転位は、相対的に斜めの面（relatively diagonal planes）に沿って滑ることができる（当業者はこのことを理解している）。
【０００９】
底部バリア層１０６を形成した後で、その上に下部量子井戸１０８を形成してよい。一実施形態では、下部量子井戸１０８は、底部バリア層１０６よりも小さなバンドギャップを有する材料から形成されてよい。一実施形態では、下部量子井戸１０８は、インジウムガリウムヒ素から形成されてよい。具体的な実施形態では、下部量子井戸１０８が、インジウムガリウムヒ素（ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ）であってよく、ここでｘが約０．５３と０．８との間に等しくてよい。一実施形態では、下部量子井戸１０８は、効率性を高めるためにドープされる。様々な実施形態では、下部量子井戸１０８には、ｐドーパント（たとえばホウ素）またはｎドーパント（たとえばリン）がドープされてよい。下部量子井戸１０８のドープは、当技術分野で知られている任意の技術で実行されてよい。さらに、下部量子井戸１０８は、当業者であれば理解するように、直接ドープされてもよいし、後に形成される層（１または複数）を介してデルタドープされてもよい。さらに、下部量子井戸１０８は、変調ドープされてもよい（これも当業者が理解するところである）。
【００１０】
下部量子井戸１０８の上には、バリア層１１２が形成されてよい。一実施形態では、バリア層１１２は、インジウムアルミニウムヒ素（たとえばＩｎｘＡｌ１−ｘＡｓ）を含んでよい。
【００１１】
バリア層１１２の上には、上部量子井戸１１４が形成されてよい。一実施形態では、上部量子井戸１１４が、インジウムガリウムヒ素から形成されてもよい。具体的な実施形態では、上部量子井戸１１４がインジウムガリウムヒ素（ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ）であってよく、ここでｘが約０．５３と０．８との間に等しくてよい。一実施形態では、上部量子井戸１１４は、効率性を高めるためにドープされる。様々な実施形態では、上部量子井戸１１４には、ｐドーパント（たとえばホウ素）またはｎドーパント（たとえばリン）がドープされてよい。上部量子井戸１１４のドープは、当技術分野で知られている任意の技術で実行されてよい。さらに、上部量子井戸１１４は、当業者であれば理解するように、直接ドープされてもよいし、後に形成される層（１または複数）を介してデルタドープされてもよい。さらに、上部量子井戸１１４は、変調ドープされてもよい（これも当業者が理解するところである）。
【００１２】
一実施形態では、下部量子井戸１０８と上部量子井戸１１４とが両方とも、ドープされていなくてもよい。別の実施形態では、下部量子井戸１０８と上部量子井戸１１４とが両方とも、ドープされていてもよい。また別の実施形態では、下部量子井戸１０８および上部量子井戸１１４の片方がドープされて、他方がドープされていなくてもよい。
【００１３】
最上部バリア層１１６は、上部量子井戸１１４の上にオプションとして形成されてよい。一実施形態では、最上部バリア層１１６は、インジウムアルミニウムヒ素（ＩｎｘＡｌ１−ｘＡｓ）を含んでよい。
【００１４】
図１に示す層構造１００は、一例にすぎず、当業者であれば、様々なバッファ層、バリア層、変調ドープされたハロー層（halo layers）、スペーサ層等を含めても、所望の結果を達成できる場合があることを理解する。さらに、様々な材料およびシステムを、本記載から逸脱せずに利用することもできる。層構造１００の様々な層は、これらに限定はされないが、化学気相成長（ＣＶＤ）、物理気相成長（ＰＶＤ）、原子層堆積法（ＡＬＤ）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、有機金属化学気相成長エピタキシー（ＭＯＣＶＤ  ｅｐｉ）、ＵＨＣＶＤ  ｅｐｉ（ultra-high vacuum CVD epitaxy）、および、低温ＣＶＤエピタキシー（RTCVD epi）を含む当技術分野で知られたいずれかの技術によって製造されてもよい。
【００１５】
図２に示すように、マスク１１８は、上部バリア層１１６でパターニングされてよい。マスク１１８は、これらに限られないがリソグラフィーを含む当技術分野で公知の任意の技術で形成されてもよい。図２の層構造１００は、次に、図３に示すようにエッチングされ、マスク１１８が保護する各層（バッファ層１０４、底部バリア層１０６、下部量子井戸１０８、バリア層１１２、上部量子井戸１１４、および上部バリア層１１６）が残り、二重量子井戸積層構造１２０が形成される。本記載の様々な実施形態では、エッチングは、図３に示すようにバッファ層１０４内またはその上で停止されるよう選択されてもよく、または、底部バリア層１０６内またはその上で停止されるよう選択されてもよい。
【００１６】
図４に示すように、マスク１１８が除去され、誘電材料１２２が、二重量子井戸積層構造１２０に隣接するよう形成されてよい。一実施形態では、誘電材料１２２は、二重量子井戸積層構造１２０の上にブランケット堆積されてよく（blanket deposited）、次に、平坦化されることで、上部バリア層１１６の外部表面１２６と実質的に平面的な（planar）外表面１２４を有するようにしてよい。誘電材料１２２は、これらに限定はされないが、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ）、および窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）を含んでよい。誘電材料１２２は、当技術分野で知られている任意の技術により平坦化されてよく、これらには、ドライエッチングおよび化学的機械研磨（ＣＭＰ）が含まれるがこれらに限定はされない。
【００１７】
図５に示すように、ゲート電極１３２が、上部バリア層の外表面１２６に形成されてよい。ゲート電極１３２は、後述するように、上部量子井戸１１４内の電子密度を変調するために利用されてよい。一実施形態では、ゲート誘電体１３４が、ゲート電極１３２と上部バリア層１１６との間に形成されてよい。ゲート誘電体１３４は、これらに限られないが、酸化ハフニウム、酸化ハフニウムシリコン、酸化ランタン、酸化ランタンアルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ジルコニウムシリコン、酸化タンタル、酸化チタン、チタン酸バリウムストロンチウム (barium strontium titanium oxide)、チタン酸バリウム(barium titanium oxide)、チタン酸ストロンチウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、タンタル酸鉛スカンジウム（lead scandium tantalum oxide）、および、亜鉛ニオブ酸鉛等の、誘電率の高い（high k）材料を含むがこれらに限られはしない、任意の適切な誘電材料であってよい。ゲート電極１３２および／またはゲート誘電体１３４は、よく知られた技術（たとえば、化学気相成長（ＣＶＤ）、物理気相成長（ＰＶＤ）、原子層堆積法（ＡＬＤ））で製造された後に、公知のフォトリソグラフィーおよびエッチング技術によってパターニングされることで作成可能であることは、当業者が理解するところである。
【００１８】
図６に示すように、ゲート誘電スペーサ１３６が、ゲート電極１３２の側面１３８に隣接するように形成されてよい。ゲート誘電スペーサ１３６は、これらに限定はされないが、二酸化珪素（ＳｉＯ２）および窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）を含む適切な誘電材料によって形成されてよい。ゲート誘電スペーサ１３６は、これらに限定はされないが、共形堆積法（conformal deposition）の後にエッチングを行う方法を含む任意の公知の技術によって製造することができる点は、当業者も知るところである。
【００１９】
図７に示すように、中間誘電体１４２が、ゲート電極１３２、ゲート誘電スペーサ１３６、上部バリア層の外表面１２６、および誘電材料の外表面１２４の上に形成されていてよい。中間誘電体１４２は、これに限定はされないが二酸化珪素（ＳｉＯ２）を含む適切な誘電材料であってよい。中間誘電体１４２は、当業者であれば理解するように、堆積の後に平坦化を行う方法を含む（がこれに限定されない）任意の公知技術によって実施することができる。
【００２０】
図８に示すように、第１の開口１４４が、中間誘電体１４２と上部バリア層１１６とに形成されて、上部量子井戸１１４の一部を露呈させてよい。第１の開口１４４は、これらに限定はされないがリソグラフィーエッチング、レーザドリル、イオンドリル、ウェットエッチング、ドライエッチング、またはこれらの任意の組み合わせが含まれる任意の公知技術によって形成することができる。一実施形態では、マスク（不図示）を中間誘電体１４２上でパターニングするリソグラフィーエッチング技術を利用してよい。次に、中間誘電体１４２と上部バリア層１１６とが、上部量子井戸１１４の材料に対して選択されるエッチャントでマスク（不図示）を利用してエッチングされ、エッチングが、上部量子井戸１１４上またはその内部で終端するようにしてよい。
【００２１】
図９に示すように、上部量子井戸コンタクト１４６が、第１の開口１４４（図８参照）内に形成されてよい。上部量子井戸コンタクト１４６は、任意の公知技術により形成されてよい。一実施形態では、たとえば導電材料は、化学気相成長（ＣＶＤ）、物理気相成長（ＰＶＤ）、原子層堆積法（ＡＬＤ）を含む当技術分野で知られたいずれかの技術によって、第１の開口１４４（図８参照）内および中間誘電体１４２の外表面１４８上に堆積されてもよい。次に、導電材料の一部を、中間誘電体の外表面１４８から、化学的機械研磨またはエッチングなどによって、中間誘電体の外表面１４８から取り除き、上部量子井戸コンタクト１４６を形成してよい。導電材料には、これらに限られはしないが、銅、アルミニウム、銀、チタン、金、これらの合金等が含まれてよい。
【００２２】
図１０から図１３に示すように、次に、下部量子井戸コンタクトを形成してよい。図１０に示すように、第２の開口１５２が、中間誘電体１４２、上部バリア層１１６、および上部量子井戸１１４に形成されてよい。第２の開口１５２は、これらに限定はされないがリソグラフィーエッチング、レーザドリル、イオンドリル、ウェットエッチング、ドライエッチング、これらの任意の組み合わせが含まれる任意の公知技術によって形成することができる。一実施形態では、マスク（不図示）を中間誘電体１４２上でパターニングするリソグラフィーエッチング技術を利用してよい。次に、中間誘電体１４２と上部バリア層１１６とが、上部量子井戸１１４の材料に対して選択されるエッチャントでマスク（不図示）を利用してエッチングされ、エッチングが、上部量子井戸１１４上またはその内部で終端するようにしてよい。次に第２のエッチャントを利用して、上部量子井戸１１４をエッチングしてもよい。第２のエッチャントは、バリア層１１２の材料に対して選択されてよく、エッチングがバリア層１１２上またはその内部で終端するようにしてもよい。
【００２３】
上部量子井戸１１４を、後で形成される下部量子井戸コンタクトから絶縁させるために、図１１に示すように、コンタクト誘電スペーサ１５４を第２の開口１５２の側壁に形成してよい。コンタクト誘電スペーサ１５４は、これらに限定はされないが、二酸化珪素（ＳｉＯ２）および窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）を含む適切な誘電材料によって形成されてよい。コンタクト誘電スペーサ１５４は、これらに限定はされないが、共形堆積法（conformal deposition）の後にエッチングを行う方法を含む任意の公知の技術によって製造することができる点は、当業者も知るところである。
【００２４】
次に、第３のエッチャントを利用して、第２の開口１５２をバリア層１１２まで延ばす。第３のエッチャントは、上部量子井戸１１４の材料に対して選択されてよく、エッチングが、上部量子井戸１１４上またはその内部で終端するようにしてよい。第３のエッチャントは第１のエッチャントと同じであってもよい。
【００２５】
図１３に示すように、下部量子井戸コンタクト１５８は、第２の開口１５２（図１２参照）内に形成されてよい。下部量子井戸コンタクト１４８は、任意の公知技術によって形成されてよい。一実施形態では、たとえば導電材料は、化学気相成長（ＣＶＤ）、物理気相成長（ＰＶＤ）、原子層堆積法（ＡＬＤ）を含む当技術分野で知られたいずれかの技術によって、第２の開口１５２（図１２参照）内および中間誘電体の外表面１４２上に堆積されてもよい。次に、導電材料の一部を、中間誘電体の外表面１４８から、化学的機械研磨またはエッチングなどによって、中間誘電体の外表面１４８から取り除き、下部量子井戸コンタクト１５８を形成してよい。導電材料には、これらに限られはしないが、銅、アルミニウム、銀、チタン、金、これらの合金等が含まれてよい。
【００２６】
上部量子井戸コンタクト１４６および下部量子井戸コンタクト１５８の形成で利用される様々な製造段階（たとえばエッチング、堆積、およびリソグラフィーパターニング）を、適切な場合には同時に実行することもできることを理解されたい。
【００２７】
結果生成されるマイクロエレクトロニクスデバイス１６０（図１３参照）は、二重量子井戸システムであり、上部量子井戸１１４と下部量子井戸１０８とが、それぞれ実質的に互いに対して平面状である。言い換えると、上部量子井戸１１４と下部量子井戸１０８とが、実質的に二次元（２Ｄ）であり、上部量子井戸１１４と下部量子井戸１０８とが形成する平面は、実質的に互いに平行である。上部量子井戸１１４と下部量子井戸１０８とはそれぞれが独立したコンタクトをもち（つまり、それぞれが上部量子井戸コンタクト１４６および下部量子井戸コンタクト１５８である）、バリア層１１２で分離されるので、上部量子井戸１１４と下部量子井戸１０８とは、互いに直接電気コンタクトはしない。
【００２８】
マイクロエレクトロニクスデバイス１６０の動作は、上部量子井戸１１４と下部量子井戸１０８との間の直接垂直トンネリングに基づいている。言い換えると、実質的に平行な２次元（２Ｄ）量子井戸の間のトンネリングに基づいている。この基礎となるデバイスの物理学は、エネルギー運動量保存によって、電子密度が上部量子井戸１１４と下部量子井戸１０８との間で整合したときにのみ、トンネリングが可能になる、というものである。ゲート電極１３２は、上部量子井戸１１４の電子密度を変調して、電子密度を、マイクロエレクトロニクスデバイス１６０を動作させるよう整合させるために利用してよい。したがって、ドレインバイアスまたはゲートバイアスのいずれかを利用して、上部量子井戸１１４および下部量子井戸１０８の電子密度を不均衡にすることにより、負性微分抵抗素子をマイクロエレクトロニクスデバイス１６０のＩ‐Ｖの特徴で達成することができることは、当業者が理解するところである。
【００２９】
図１４に示す一例では、電流（ライン１６２で示す）が、ドレイン１６４から上部量子井戸コンタクト１４６に流れてよく、上部量子井戸コンタクト１４６から上部量子井戸１１４に流れ、バリア層１１２から下部量子井戸１０８内へとトンネリングしてよく、下部量子井戸コンタクト１５８から、下部量子井戸コンタクト１５８に接続されているソース１６６に流れてよい。
【００３０】
マイクロエレクトロニクスデバイス１６０は、性能を達成するために高いピーク駆動電流を達成してよく、低い電力損失およびノイズマージンを達成するために高いピークトゥーバレー電流比を達成してよい。これは、エネルギー運動量保存によって、上部量子井戸１１４と下部量子井戸１０８との間のトンネリング電流を急激に抑制することができるためである。従い、マイクロエレクトロニクスデバイス１６０は、発振器として利用したり、メモリおよび／または論理集積回路用に利用したりできる。
【００３１】
本記載の二重量子井戸構造１６０を、インジウムガリウムヒ素の量子井戸およびインジウムアルミニウムヒ素のバリア層（つまりＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓシステム）の例で記載したが、当業者であれば、二重量子井戸構造１６０を、様々な量子井戸システムで作成可能であることを理解する。一実施形態では、量子井戸システムは、様々なＩＩＩ−Ｖ群量子井戸システム（これらに限定はされないが、ガリウムヒ素／アルミニウムガリウムヒ素システム（ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ）、ガリウムヒ素／アルミニウムヒ素システム（ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ）、インジウムアンチモン／インジウムアルミニウムアンチモンシステム（ＩｎＳｂ／ＩｎＡｌＳｂ）、インジウムアンチモン／インジウムガリウムアンチモンシステム（ＩｎＳｂ／ＩｎＧａＳｂ）等）で作成可能である。別の実施形態では、量子井戸システムが、様々なＩＩ‐ＶＩ量子井戸システム（これらに限定はされないが、亜鉛セレン／セレン化亜鉛カドミウムのシステム（ＺｎＳｅ／ＺｎＣｄＳｅ）等）で作成可能である。また別の実施形態では、量子井戸システムは、シリコンとゲルマニウムと（これらに限定はされないが、ゲルマニウム／シリコンゲルマニウムシステム（Ｇｅ／ＳｉＧｅ）、シリコンゲルマニウム／シリコンシステム（ＳｉＧｅ／Ｓｉ）等）から形成されてよい。また別の実施形態では、量子井戸システムは、当業者も理解するように、４群量子井戸システムから形成されてよく、または、任意の利用可能な一般的ヘテロ構造の、二重量子井戸システムから形成されてよい。
【００３２】
図１５は、本記載の主題を利用する電子システム２００の概略図である。電子システム２００は、任意の電子デバイスであってよい（これらに限定はされないが、可搬型コンピュータ、移動電話器、デジタルカメラ、デジタル音楽プレーヤ、ウェブタブレット、情報携帯端末、ページャ、インスタントメッセージングデバイス等の可搬型デバイスその他のデバイス等）。電子システム２００は、たとえば無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）システム、無線パーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）システム、および／または、セルラーネットワーク等によって、無線で情報を送信および／または受信するよう適合されていてよい。
【００３３】
一実施形態では、電子システム２００は、電子システム２００の様々なコンポーネントを電子的に連結するためにシステムバス２２０を含んでよい。システムバス２２０は、様々な実施形態においては、１つのバスまたはバスの任意の組み合わせであってよい。電子システム２００は、集積回路２１０に給電する電圧源２３０を含んでよい。一部の実施形態では、電圧源２３０は、システムバス２２０を介して集積回路２１０に給電してよい。
【００３４】
集積回路２１０は、システムバス２２０に電気的に連結されてよく、一実施形態では任意の１つの回路または回路の任意の組み合わせを含んでよい。一実施形態では、集積回路２１０は、任意のタイプであってよいプロセッサ２１２を含んでよい。ここで利用するプロセッサ２１２とは、これらに限定はされないがマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、グラフィックプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、その他のプロセッサ等であってよい任意のタイプの回路のことであってよい。集積回路２１０内に含まれてよい他のタイプの回路として、セルラー電話、ページャ、可搬型コンピュータ、２ウェイラジオ、同様の電子システム等の無線デバイスで利用される通信回路２１４等のカスタム回路または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）が挙げられる。一実施形態では、プロセッサ２１０は、オンダイメモリ２１６（たとえばスタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ））を含んでよい。別の実施形態では、集積回路２１０が、プロセッサ２１２のためのキャッシュメモリとして利用可能なエンベデッドオンダイメモリ２１６（たとえばエンベデッドダイナミックランダムアクセスメモリ（ｅＤＲＡＭ））を含んでよい。
【００３５】
一実施形態では、電子システム２００も、特定用途に適した１以上のメモリエレメント（たとえば、フラッシュメモリ等のＲＡＭまたは不揮発性メモリの形態のメインメモリ２４２、１以上のハードドライブ２４４、およいｂ／または、ディスケット、コンパクトディスク（ＣＤ）、ＤＶＤ、フラッシュメモリキー等の取り外し媒体２４６を処理する１以上のドライブ、公知のその他の取り外し可能媒体等）を含んでもよい外部メモリ２４０も含む。
【００３６】
電子システム２００は、キーボード、マウス、トラックボール、ゲームコントローラ、マイクロフォン等の入力デバイス２７０、表示デバイス２５０および音声出力２６０等の出力デバイス（Ｉ／Ｏ）を含んでよい。
【００３７】
ここで示したように、集積回路２１０および／またはメインメモリ２４２は、本記述の少なくとも１つの負性微分抵抗素子を含んでよい。集積回路２１０および／またはメインメモリ２４２は、電子システム、コンピュータシステム等の幾つかの異なる実施形態で実装することができる。本記載の垂直トンネリングの負性微分抵抗素子の様々な実施形態およびその当技術分野で認識されている均等物は、集積回路の１以上の製造方法、および、電子アセンブリの１以上の製造方法を含んでよい。素子、材料、配置、寸法および動作の順序は、全て、ここで記載する垂直トンネリングの負性微分抵抗素子に適合するよう変更することができる。
【００３８】
本発明の実施形態を詳述してきたが、添付請求項が定義する本発明は、上述した記載で示された特定の詳細により限定はされず、その精神または範囲を逸脱することなく多くの変形例が明らかに可能である。
なお、本願明細書に記載の実施形態によれば、以下の構成もまた開示される。
［項目１］
上部量子井戸と、
前記上部量子井戸からバリア層で分離されている下部量子井戸と、
前記上部量子井戸に隣接させて設けられたゲート電極と
を備えるマイクロエレクトロニクスデバイス。
［項目２］
前記上部量子井戸および前記下部量子井戸の少なくとも一方は、インジウムガリウムヒ素を含む、項目１に記載のマイクロエレクトロニクスデバイス。
［項目３］
前記バリア層は、インジウムアルミニウムヒ素を含む、項目１または２に記載のマイクロエレクトロニクスデバイス。
［項目４］
前記上部量子井戸に連結されている上部量子井戸コンタクトと、前記下部量子井戸に連結されている下部量子井戸コンタクトとをさらに備える、項目１から３のいずれか一項に記載のマイクロエレクトロニクスデバイス。
［項目５］
前記下部量子井戸コンタクトは、前記上部量子井戸を通過するよう延び、前記上部量子井戸から電気的に絶縁されている、項目４に記載のマイクロエレクトロニクスデバイス。
［項目６］
前記上部量子井戸および前記下部量子井戸の少なくとも一方は、ｎ型ドープされている、項目１から５のいずれか一項に記載のマイクロエレクトロニクスデバイス。
［項目７］
前記上部量子井戸および前記下部量子井戸の少なくとも一方は、ｐ型ドープされている、項目１から５のいずれか一項に記載のマイクロエレクトロニクスデバイス。
［項目８］
前記ゲート電極は、前記上部量子井戸の電流密度を変調する、項目１から７のいずれか一項に記載のマイクロエレクトロニクスデバイス。
［項目９］
マイクロエレクトロニクスデバイスの製造方法であって、
下部量子井戸を形成する段階と、
前記下部量子井戸に隣接させてバリア層を形成する段階と、
前記バリア層に隣接させて上部量子井戸を形成する段階と、
前記上部量子井戸に隣接させてゲート電極を形成する段階と
を備える、製造方法。
［項目１０］
前記下部量子井戸を形成する段階は、
インジウムガリウムヒ素の下部量子井戸を形成する段階を有する、項目９に記載の製造方法。
［項目１１］
前記上部量子井戸を形成する段階は、
インジウムガリウムヒ素の上部量子井戸を形成する段階を有する、項目９または１０に記載の製造方法。
［項目１２］
前記バリア層を形成する段階は、
インジウムアルミニウムヒ素のバリア層を形成する段階を有する、項目９から１１のいずれか一項に記載の製造方法。
［項目１３］
前記上部量子井戸に連結されている上部量子井戸コンタクトを形成して、前記下部量子井戸に連結されている下部量子井戸コンタクトを形成する段階をさらに備える、項目９から１２のいずれか一項に記載の製造方法。
［項目１４］
前記下部量子井戸コンタクトを形成する段階は、
前記上部量子井戸を通過する開口を形成する段階と、
前記開口の側壁に誘電材料を堆積させる段階と、
前記バリア層内を通過するよう延びる前記開口を形成して、前記下部量子井戸の一部を露呈させる段階と、
前記開口に導電材料を堆積させる段階と
を有する、項目１３に記載の製造方法。
［項目１５］
前記上部量子井戸および前記下部量子井戸の少なくとも一方をドープする段階をさらに備える、項目９から１４のいずれか一項に記載の製造方法。
［項目１６］
前記上部量子井戸および前記ゲート電極の間に上部バリア層を形成する段階をさらに備える、項目９から１５のいずれか一項に記載の製造方法。
［項目１７］
マイクロエレクトロニクス基板を提供する段階と、
前記マイクロエレクトロニクス基板の上にバッファ層を形成する段階と、
前記バッファ層の上に底部バリア層を形成する段階と
をさらに備え、
前記下部量子井戸を形成する段階は、
前記下部量子井戸を前記底部バリア層の上に形成する段階を有する、項目９から１６のいずれか一項に記載の製造方法。
［項目１８］
集積回路デバイスと、
メインメモリと
を備え、
前記集積回路デバイスおよび前記メインメモリの少なくとも一方は、上部量子井戸と、前記上部量子井戸からバリア層で分離されている下部量子井戸と、前記上部量子井戸に隣接させて設けられたゲート電極とを備えるマイクロエレクトロニクスデバイスを含む、システム。
［項目１９］
前記上部量子井戸および前記下部量子井戸の少なくとも一方は、インジウムガリウムヒ素を含む、項目１８に記載のシステム。
［項目２０］
前記バリア層は、インジウムアルミニウムヒ素を含む、項目１８または１９に記載のシステム。
【図１】
0005801474.tif 000002
【図２】
0005801474.tif 000003
【図３】
0005801474.tif 000004
【図４】
0005801474.tif 000005
【図５】
0005801474.tif 000006
【図６】
0005801474.tif 000007
【図７】
0005801474.tif 000008
【図８】
0005801474.tif 000009
【図９】
0005801474.tif 000010
【図１０】
0005801474.tif 000011
【図１１】
0005801474.tif 000012
【図１２】
0005801474.tif 000013
【図１３】
0005801474.tif 000014
【図１４】
0005801474.tif 000015
【図１５】
0005801474.tif 000016